Метаморфические горные породы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

Альметьевский государственный нефтяной институт

 

Кафедра геологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

 

 

тема: Метаморфические горные породы

 

 

 

 

по дисциплине «Геология и литология»

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент : Бухарметов Рамиль Раилевич

                                                группы 14-14

                                Проверил: Нуризянов Рашид Мирзоевич

                                                к.п.н., доцент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Альметьевск 2015 г.

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Метаморфические процессы…………………………………………..4
2. Текстура метаморфических пород………………………………..….10
3. Минеральный состав метаморфических пород……………………..11
4. Формы залегания метаморфических пород………………………....12
5. Описание основных метаморфических горных пород……………..13

Заключение…………………………………………………………….……..16

Список используемой литературы………………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

      Чем занимается современный геолог нашего времени? Да это практически и невозможно сделать, настолько различны те задачи, а также методы и приемы, с помощью которых геолог эти задачи решает. Геолог нашего времени – это высокообразованный специалист, владеющий столь различными знаниями и такой новейшей техникой, что сравнивать его с геологом, скажем, начала  и даже середины XX в. вряд ли возможно. Объем информации, знаний удваивается сейчас каждые десять лет, а в будущем этот процесс будет еще ускоряться.

       Геологи, используя методы экспериментирования и наблюдения, применяют теоретические средства познания. Геолог – исследователь должен уметь выявлять актуальные проблемы своей науки, грамотно ставить задачи, корректно выдвигать  и проверять гипотезы, четко и компактно формулировать получаемые выводы. Собранный фактический материал нужно уметь целенаправленно преобразовать в модели, без чего невозможно ни ввести его в исследование , ни анализировать, ни обобщать.

       Целью данной  контрольной работы является  обобщение знаний о метаморфических  горных породах, их текстурах и структурах, минерального состава, форм залегания и описания основных горных пород.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Метаморфические процессы

Метаморфизм (греч. «метаморфозис» – превращение) – это процесс преобразования первично магматических или осадочных пород под воздействием температуры (Т), давления (Р) и флюидов (F) преимущественно водно-углекислых жидких или газово-жидких, содержащих ионы К, Na, Ca, F, B, S и других, часто существующих в надкритических растворах. Метаморфические изменения в горных породах начинаются при повышении температуры до +200°С и увеличении всестороннего, т.е. литостатического давления, вызванного весом вышележащих пород. Однако не только это давление играет важную роль. Не меньшее значение имеет стресс, боковое давление, обеспечивающее различное напряженное состояние горных пород, в результате которого открываются пути для миграции глубинных мантийных флюидов, являющихся главными переносчиками тепла, т.к. кондуктивный теплообмен в горных породах крайне незначителен. Без флюидного потока вероятность метаморфизма невелика, хотя необходимо принимать во внимание и геотермический градиент, который сильно изменяется в разных районах (от 5° до 180° и даже более на 1 км глубины). Перечисленные выше главные факторы метаморфизма – температура, флюиды, давление оказывают влияние на любые горные породы, находящиеся на различной глубине, при этом время не особенно важно при метаморфизме. Например, лавы раннего протерозоя (2,2 млрд. лет) в Прибайкалье, почти не отличаются от голоценовых лав (6-4 тыс. лет) Эльбруса; глины кембрийского возраста (550 млн. лет) под Санкт-Петербургом выглядят почти также, как и современные глинистые отложения; многочисленными нефтяными скважинами вскрыты неизмененные осадочные отложения на глубинах свыше 8 км. Известны случаи, например, на о. Исландия, где начальные стадии метаморфизма установлены на глубинах всего в 0,5 км по данным бурения. В тоже время толщи пород на глубинах в 20 км, если судить по данным сейсмических исследований, совсем не испытали метаморфических изменений. Поэтому флюиды являются одним из важнейших факторов метаморфизма. Все метаморфические породы можно разделить на 2 группы, исходя из того, какие осадочные или магматические породы подвергаются метаморфизму. 1-ая группа – парапороды, образовалась из первично осадочных пород. Например, из карбонатных пород получаются мраморы, из песчаников – кварциты, из глин – филлиты и др. 2-ая группа – ортопороды, сформировалась из первично магматических пород, например, метабазиты – из базальтов.

Фации метаморфизма. Метаморфические породы весьма разнообразны. Из одних и тех же исходных, первичных пород, в зависимости от действия факторов метаморфизма, могут образоваться различные метаморфические породы. Меняющаяся температура, давление, химический состав флюидов приводит к изменению минерального состава первичной породы, который стремится стать равновесным изменившимся условиям. Этот комплекс новых минералов или парагенезис (сонахождение) называется метаморфической фацией (рис.1.). Т.к. исходные породы, подвергающиеся метаморфическим изменениям, чрезвычайно разнообразны, то в пределах одной метаморфической фации могут существовать разные парагенезисы минералов, а одна исходная порода давать разные метаморфические породы в различных фациях (рис.2). Например, глина метаморфизуясь превращается в глинистые сланцы, а они, в фации зеленых сланцев превращаются в филлиты; в амфиболитовой фации – в двуслюдяные сланцы; в гранулитовой фации – в биотит-гиперстен – кордиеритовые гнейсы. Указанные выше фации – зеленосланцевая, амфиболитовая и гранулитовая отвечают ступеням метаморфизма: низкой, средней и высокой, отвечающим степени усиления метаморфических преобразований первичной породы (рис.2). Гранулитовая фация и соответствующий ей парагенезис минералов свидетельствует о температурах +700°С – 1000°С, давлении от 2 до 12 Кбар и глубинах порядка 10-40 км. При меньших температурах и давлениях другие минеральные парагенезисы будут характеризовать другие метаморфические фации – амфиболитовую, эпидот- амфиболитовую, зеленосланцевую, цеолитовую. Переход от пород низших ступеней метаморфизма к высшим называется прогрессивным метаморфизмом. Если уже метаморфизованная порода подвергается воздействию более низких температур и давлений, то говорят о регрессивном (ретроградном) метаморфизме или диафторезе. Существуют породы, наиболее характерные для разных ступеней метаморфизма. Так для низшей ступени типичны зеленые сланцы, образовавшиеся за счет базальтовых туфов и лав. Их зеленоватая окраска обусловлена развитием хлорита и эпидота. Для фации зеленых сланцев также типичны филлиты, сложенные очень мелкими, меньше 1 мм, зернами кварца и чешуйками серицита и хлорита. Два последних минерала придают филлитам шелковистый блеск на плоскостях сланцеватости. Хлорит-__серицитовые сланцы образуются при метаморфизме глинистых пород и для них типичны хлорит и слюда – серицит (мелкие чешуйки мусковита), а также кварц.

К низким ступеням метаморфизма относятся весьма необычные породы – глаукофановые или голубые сланцы с голубой роговой обманкой, типичным для них минералами. Особенностью формирования этих пород является обстановка низких температур +200° — +400°С и очень высоких давлений – до 12 Кбар\ а это отвечает глубине в 40 км, если брать литостатическое давление. Но на такой глубине должна быть высокая температура. Однако в сильно метаморфизованных, древних докембрийских породах голубые сланцы отсутствуют, хотя, судя по огромному давлению, они должны были бы там быть. Эти голубые сланцы являются результатом очень сильного стресса, т.е. одностороннего, а не литостатического давления, возникшего в условиях формирования крупных надвигов и покровов. Поэтому голубые сланцы образуют вытянутые полосы, согласно с простиранием крупных разломов и характерны для зон субдукции.

Рис .1.  Основные фации метаморфизма

 

 

Рис.2 Метаморфические фации горных пород по (Л.Л. Перчуку и В.И. Фельдману). Фации регионального метаморфизма: 1 – цеолитовая; 2 – пренит-пумпеллитовая; 3 – зеленых сланцев; 4 – эпидот амфиболитовая. Фации контактного метаморфизма: а – эпидот-альбитовых роговиков; б-роговообманковых роговиков; в – пироксенвых роговиков; г – санидинитовая

 

 

 

К средним ступеням метаморфизма относятся разнообразные кристаллические сланцы и амфиболиты. Кристаллические сланцы – полосчатые породы, состоящие из кварца, полевых шпатов и слюд, образующихся как по осадочным породам – песчаникам и глинам (парагнейсы), так и по магматическим – лавам, гранитам и др. (ортогнейсы). Амфиболиты состоят из роговой обманки и плагиоклазов, иногда с биотитом и эпидотом и формируются за счет метаморфизма базальтов и габбро – основных изверженных пород (ортоамфиболиты) и карбонато-глинистых пород (параамфиболиты). Кристаллические сланцы – результат преобразования, в основном, глинистых пород и состоят из слюд, хлорита и амфибола, образующих характерную сланцеватость. Амфиболитовая фация метаморфических пород образуется при температурах +500° -700°С и давлениях 2-8 Кбар. При таких высоких температурах породы начинают испытывать частичное плавление в отдельных тонких слоях с образованием мигмы (греч. «мигма» – смесь), а вся порода превращается в мигматит – полосчатые метаморфиты, в которых чередуются полоски гранитного состава (мигма) с полосками темноцветных минералов, еще не вовлеченных в плавление.

К высшей ступени метаморфизма относится гранулитовая фация (температура +700° - 1000°С, давление 4-12 Кбар, глубины 10-40 км). Характерными породами этой фации являются гнейсы, двупироксеновые и кристаллические сланцы и эклогиты. Гнейсы состоят из кварца, ортоклаза, плагиоклаза, граната, кордиерита, пироксена, замещающего роговые обманки и слюды. Гранулиты образуются за счет как первично магматических, так и осадочных пород. Эклогиты сложены пироксеном – омфицитом и пироповым гранатом и представлены плотными тяжелыми породами, типичными для глубоких частей земной коры. Таким образом, повышение температуры, давления и привнос флюидов приводит к изменению первично осадочных и магматических пород и превращение их в метаморфические, различных фаций и ступеней. Усиление действия этих факторов, в конце концов, приводит к избирательному плавлению наиболее легкоплавких компонентов породы, а потом и полному плавлению. Этот процесс ультраметаморфизма в результате которого путем различных пород могут образоваться граниты, называется анатексисом (греч. «тексис» –плавление, «нна» – высшая ступень)

Параметры и типы метаморфизма. При каких Р-Т (давление-температура) условиях происходил метаморфизм тех или иных пород? Ответить на этот вопрос помогает исследование двухфазных, газово-жидких включений, находящихся в минералах и попавших туда в момент роста кристалла. Метод гомогенизации заключается в нагревании кристалла до тех пор, пока включение не гомогенизируется, т.е. не станет однородным. Температура, при которой происходит гомогенизация и есть минеральное значение температуры образования минерала. Чтобы установить давление используют метод геологической термобарометрии, позволяющий рассчитывать Р и Т по составам минералов, находящихся в метаморфической породе, что дает возможность судить о термодинамической обстановке в момент формирования метаморфической породы. Типы метаморфизма. Метаморфизм может проявиться на огромных площадях, и поэтому называется региональным. В других случаях метаморфические изменения захватывают ограниченные участки и тогда метаморфизм называется локальным.

Региональный метаморфизм является наиболее распространенным, проявляясь на площадях в сотни тысяч км2, что обусловлено погружением региона на глубины, достаточные для воздействия на первичные толщи пород высоких температур, всестороннего (литостатического) давления и флюидов. Такие метаморфические толщи развиты на древних щитах платформ, например, на Балтийском и Украинском в пределах Восточно-Европейской платформы, на Алданском – Сибирской платформы и др. Архейские породы с возрастом свыше 2,5 млрд. лет метаморфизованы во всех регионах Земли; протерозойские, с возрастом 2,5 – 0,57 млрд. лет – избирательно, а фанерозойские, моложе 0,57 млрд. лет – только в складчатых областях и то местами, в тех структурах, которые подверглись наибольшему давлению и температурному воздействию. Поэтому в складчатых структурах можно наблюдать, как одновозрастные толщи аргиллитов переходят в глинистые сланцы, затем в филлиты, кристаллические сланцы и, наконец, в гнейсы.

Локальный метаморфизм проявляется на ограниченных площадях и подразделяется на контактовый и динамометаморфизм (дислокационный).

Контактовый метаморфизм развивается в интрузивных массивах, внедряющихся в любые толщи пород, воздействие на которые осуществляется температурой и флюидным потоком (рис. 3)

Рис .3. Контактовый (локальный) метаморфизм вмещающих пород гранитного интрузива. 1- граниты, 2- эндоконтакт. Вмещающие породы (рама): 3 – глины, 4 – известняки, 5 – песчаники, 6 – кислые лавы. Породы контактного метаморфизма(чем ближе к интрузивному массиву, тем выше степень метаморфизма): 7 – дегидратированные породы, 8 – мраморы, 9 – глинистые сланцы, 10 – филлиты, 11 – хлоритовые сланцы, 12 – силлиманитовые сланцы, 13 – кварциты, 14 – вторичные кварциты.

 

 

 

Ширина и площадь контактового (экзоконтактового) ореола зависит от типа, состава интрузивного тела и его температуры. Интрузивы типа небольших даек и силлов обладают экзоконтактами от первых см до первых м и ввиду низкой температуры наблюдается лишь узкая зона дегидратации пород. Крупные гранитные массивы, хотя и обладают невысокой температурой, но благодаря энергичному флюидному воздействию на вмещающие породы, имеют обширные, до нескольких километров контактовые ареалы, в которых наблюдается закономерная смена парагенезов минералов от высокотемпературных, вблизи интрузивного массива, до низкотемпературных – вдали от него. Чем выше температура интрузивного массива, тем в контактовых ореолах развиты более высокотемпературные метаморфические породы. Среди пород контактового метаморфизма наиболее распространены роговики, массивные темные породы, содержащие кордиерит, андалузит, хлорит и мусковит. Если воздействию гранитов подвергаются карбонатные породы, то возникают скарны, метаморфические породы, которые образовались за счет метасоматоза (замещения) с привносом SiО2, Al2O3, MgO, FeO и В2О3. Скарны могут возникнуть только под влиянием горячих щелочных флюидов, отделяющихся от остывающего гранитного расплава. Характерным для скарнов являются различные гранаты, турмалин и волластонит (CaSiO3); типично образование железных магнетитовых руд, а также сульфидов меди, свинца и цинка, формирующих большие промышленные месторождения. Гора Магнитная прославилась месторождением магнетитовых руд и в тридцатые годы около нее возник г.Магнитогорск.

Динамометаморфизм связан с крупными разломами, в основном, надвигами, покровами и сдвигами, при образовании которых всегда возникает стресс – напряжение сжатия, ориентированное в одном направлении. На глубинах, где литостатическое давление велико, под влиянием стресса, породы приобретают пластическое течение, напоминающее раздавливание пластилина в ладонях рук. При этом раздавливаемый материал стремится выдавиться в сторону уменьшения градиента давления, а новообразованные минералы, такие как слюды, располагаются чешуйками параллельно поверхности смещения, создавая сланцеватость метаморфической породы. Конгломераты в таких зонах сплющиваются, длинные оси сжатых галек ориентированы по направлению перемещения, а уплощенные гальки – перпендикулярно сжатию. Поэтому следует различать сжатие, когда усилие направлено по нормали к объекту и стресс со сдвигом, когда объект зажат между двумя пластинами, смещающимися в разных направлениях. Динамометаморфизм проявляется в сравнительно узких зонах разрывных нарушений и сразу же исчезает за их пределами.